[논문]이중 주파수 원형 섹터 패치 안테나

박동국

본 논문에서는 마이크로스트립 선로로 급전되는 원형 섹터 마이크로스트립 안테나를 사용하여 서로 수직한 편파 특성을 갖는 이중주파수 안테나를 설계하였다. 공진기 모델을 사용하여 여기되는 모드를 계산하였고 안테나의 동작주파수 및 편파 특성을 살펴보았다. 1.87 GHz대와 2.42 GHz 대역에서 동작하는 이중주파수 안테나를 제작하여 S-파라미터 및 복사패턴을 측정하였다. 다음은 요약문 입니다.

In this paper we designed a dual-frequency circular sector microstrip antenna fed microstrip line with orthogonal polarization. The operating frequencies and polarization characteristics of the proposed antenna is calculated by using a cavity model. The antenna operating at about 1.87 GHz and 2.42 GHz is fabricated and its S-parameters and radiation patterns are measured.

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문제 정의

마이크로 스트립 패치 안테나를 이용한 이중주파수 (dual-frequency) 안테나에 대한 연구 결과가 많이 발표가 되었다[1卜[3丄 대부분이 여러 개의 패치를 사용하거나, 패치의 내부에 슬롯 혹은 단락 핀(short pin) 둥 을 만들어 이중주파수를 얻었다. 본 논문에서는 원형 섹터 (circular sector) 마이크로 스트립 안테나를 이용한 이중주파수 안테나 설계 방법에 대해 기술하고자 한다.
본 논문에서는 원형 섹터마이크로스트립 안테나를 사용하여 서로 수직한 편파 특성을 갖는 이중 주파수 안테나를 설계하였다. 공진기 모델을 사용하여 여기되는 모드 및 안테나의 동작주파수를 계산하였고 편파 특성을 살펴보았다.

가설 설정

먼저 이 안테나의 동작 주파수를 구하기 위하여 일반적으로 마이크로스트립 패치 안테나 해석에서 많이 사용되고 있는 공진기 모델을 사용하였다. 즉 원형 섹터 안테나를 접지면과 원형 섹터 패치 면의 전기벽 (electric wall)과 접지면과 패치 사이의 둘레를 따라 형성되는 자기 벽(magnetic wall)으로 만들어진 공진기 (cavity)로 가정을 하였다. 이 가정은 유전체 기판의 두께 h가 파장에 비해 충분히 작을 경우 타당하다.

제안 방법

0.6 mm, Jz =0.4233 mm 으로 하였으며, 시간 간격은 안정도를 만족하는 J/-0.99 ps로 하였고, 전체 해석 시간 간격은 6000 及로 하였다. 그림 3(a)에 TM, , ! , = 1.
공진기 모델을 사용하여 여기되는 모드 및 안테나의 동작주파수를 계산하였고 편파 특성을 살펴보았다. 1.87 GHz와 2.42 GHz 대역에서 동작하는 이중 주파수 안테나를 제작하여 S 파라미터를 측정하였다. 10 dB 주파수 대역폭이 1% 이내로 협대역이었으나 두 주파수 간에 30 dB 이상의 큰 격리도를 얻을 수 있었다.
본 논문에서는 원형 섹터마이크로스트립 안테나를 사용하여 서로 수직한 편파 특성을 갖는 이중 주파수 안테나를 설계하였다. 공진기 모델을 사용하여 여기되는 모드 및 안테나의 동작주파수를 계산하였고 편파 특성을 살펴보았다. 1.
먼저 원형 섹터 마이크로 스트립 안테나에 여기 될 수 있는 모드(mode)를 공진기 모델(cavity model)을 이용하여 계산하였고, 여기된 모드의 특성을 조사하여 두 개의 급전선 및 하나의 급전선을 사용하는 이중주파수 안테나를 설계하는 방법을 제시하였다. 또한 여 기된 두 모드는 서로 수직한 편파 특성을 갖고 있으며, 여기된 두 모드 간에 30 dB 이상의 격리도(isolation)을 갖는 것을 보였다.
875와 TM01 모드의 전계의 분포를 두 개의 급전선을 갖는 경우와 한 개의 급전선을 갖는 경우에 대해 유한 차분 시간 영역법 (FDTD)을 사용하여 계산하였다. 유한차분시 간영역 법으로 전계의 세기를 계산할 때, 전체 해석영역 셀 수는 X, y, z 방향으로 각각 100 X100 X 20으로 하였다. 공간 셀의 크기는

이론/모형

또한 爲 = 96°인 경우에 여기되는 기본 모드 TM'j 1.875와 TM01 모드의 전계의 분포를 두 개의 급전선을 갖는 경우와 한 개의 급전선을 갖는 경우에 대해 유한 차분 시간 영역법 (FDTD)을 사용하여 계산하였다. 유한차분시 간영역 법으로 전계의 세기를 계산할 때, 전체 해석영역 셀 수는 X, y, z 방향으로 각각 100 X100 X 20으로 하였다.
먼저 이 안테나의 동작 주파수를 구하기 위하여 일반적으로 마이크로스트립 패치 안테나 해석에서 많이 사용되고 있는 공진기 모델을 사용하였다. 즉 원형 섹터 안테나를 접지면과 원형 섹터 패치 면의 전기벽 (electric wall)과 접지면과 패치 사이의 둘레를 따라 형성되는 자기 벽(magnetic wall)으로 만들어진 공진기 (cavity)로 가정을 하였다.

성능/효과

42 GHz 대역에서 동작하는 이중 주파수 안테나를 제작하여 S 파라미터를 측정하였다. 10 dB 주파수 대역폭이 1% 이내로 협대역이었으나 두 주파수 간에 30 dB 이상의 큰 격리도를 얻을 수 있었다. 또한 섹터각도를 75°에서 120°까지 변화시켜, 여기 되는 두 주파수의 비가 1.
518까지 변하는 것을 보였다. 그리고 복사 패턴을 측정하여 여기된 두 주파수에서 서로 수직한 편파 및 복사패턴을 갖는 것을 확인하였다.
먼저 원형 섹터 마이크로 스트립 안테나에 여기 될 수 있는 모드(mode)를 공진기 모델(cavity model)을 이용하여 계산하였고, 여기된 모드의 특성을 조사하여 두 개의 급전선 및 하나의 급전선을 사용하는 이중주파수 안테나를 설계하는 방법을 제시하였다. 또한 여 기된 두 모드는 서로 수직한 편파 특성을 갖고 있으며, 여기된 두 모드 간에 30 dB 이상의 격리도(isolation)을 갖는 것을 보였다.

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